JPH0399777A - Arc welding power unit - Google Patents

Arc welding power unit

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JPH0399777A
JPH0399777A JP23775389A JP23775389A JPH0399777A JP H0399777 A JPH0399777 A JP H0399777A JP 23775389 A JP23775389 A JP 23775389A JP 23775389 A JP23775389 A JP 23775389A JP H0399777 A JPH0399777 A JP H0399777A
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Abstract

PURPOSE:To increase the decreasing speed of an electric current as much as possible by providing a DC/DC converter circuit to regenerate charging energy of a capacitor connected to a secondary winding of a DC reactor on a DC power source. CONSTITUTION:The arc welding power unit is provided with the DC/DC converter circuit 14 to convert the output of the DC power source into desired arc welding electric power by using a switching element 12. Electromagnetic energy accumulated in a DC inductance of an output circuit is once absorbed in the capacitor 13 and then, regenerated on the DC power source side when an output current command is reduced. When an output current is to fall, the electromagnetic energy accumulated in the DC reactor 10 before that is transferred forcibly to others. The rise of the current can be speeded up while maintaining the specified number of rises of the current suited for arc welding without using a high-speed element and a high-capacity element, especially. By this method, the generation of spatters can be reduced and further, arc stability is maintained and electric power efficiency can be also improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、直流電源の出力をスイッチング素子により断
続して調整しアーク負荷に供給するアーク溶接用電源装
置に関するものであり、特に低電流と高電流とを周期的
にくりかえして溶接部に供給するパルスアーク溶接およ
び短絡とアーク発生とをくりかえす短絡移行式アーク溶
接に適した電源装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention relates to an arc welding power supply device that adjusts the output of a DC power supply intermittently using a switching element and supplies it to an arc load. The present invention relates to a power supply device suitable for pulsed arc welding in which a high current is periodically supplied to a welding part, and short-circuit transfer type arc welding in which short circuits and arc generation are repeated.

〈従来の技術〉 上記のような目的のためのアーク溶接用電源装置として
は溶接性能をより向上させるために出力電流を高速で制
御する必要がある。この目的を達成するために最近直流
電源をスイッチング素子によって0N−OFF制御し、
−旦高周波交流に変換した後に変圧器を介して整流した
り、高速スイッチングによりチョッパ制御するものが提
案されている。
<Prior Art> In an arc welding power supply device for the purpose mentioned above, it is necessary to control the output current at high speed in order to further improve welding performance. To achieve this purpose, DC power supplies have recently been controlled ON-OFF using switching elements.
- It has been proposed to first convert the AC into high-frequency AC and then rectify it via a transformer, or perform chopper control using high-speed switching.

第6図はこれらの一種であるフォワードコンバータ方式
の従来の装置の例を示す接続図である。
FIG. 6 is a connection diagram showing an example of a conventional forward converter type device, which is one of these types.

同図において101は直流電源であり、通常は商用交流
電源を整流して直流出力側にコンデンサを並列接続して
平滑している。l02a、 1021)は変圧器の1次
巻線103pと直列に接続されたスイッチング用トラン
ジスタであり、104a、 104bはこのスイッチン
グトランジスタ102aまたは102bと変圧器の1次
巻線103pとの各直列回路に並列に接続されたダイオ
ードであり、その極性は図示のように各トランジスタ1
02a、 102bの導通方向とは逆の極性に定められ
ている。103は変圧器であり、前述の1次巻線103
pおよび2次巻線103sを有しており、トランジスタ
102a、 102bの0N−OFFの周波数に適した
特性のものである。105は出力整流用ダイオード、1
06はトランジスタ102a、 102bがOFFとな
ったときに出力電流を持続し平滑するための還流用ダイ
オード、107は還流用ダイオード106とともに出力
平滑回路を構成する直流リアクトルである。
In the same figure, reference numeral 101 is a DC power supply, which usually rectifies a commercial AC power supply and smoothes it by connecting a capacitor in parallel to the DC output side. 102a and 1021) are switching transistors connected in series with the primary winding 103p of the transformer, and 104a and 104b are connected to each series circuit of the switching transistor 102a or 102b and the primary winding 103p of the transformer. These are diodes connected in parallel, and their polarity is determined by each transistor 1 as shown in the diagram.
The polarity is set to be opposite to the conduction direction of 02a and 102b. 103 is a transformer, and the above-mentioned primary winding 103
It has a p-type winding and a secondary winding 103s, and has characteristics suitable for the ON-OFF frequency of the transistors 102a and 102b. 105 is an output rectifying diode, 1
06 is a freewheeling diode for sustaining and smoothing the output current when the transistors 102a and 102b are turned off, and 107 is a DC reactor that constitutes an output smoothing circuit together with the freewheeling diode 106.

108は図示しない送給機構によって送給される消耗性
の電極、109は被溶接物であり、110は溶接アーク
を示す。また111は出力電流の基準信号Irを出力す
る基準信号設定回路であり、112は基準信号設定回路
111の出力Irと溶接電流検出回路113の出力1a
とを比較し差信号によって定まる時間幅でトランジスタ
102a、 102bを所定の周波数で0N−OFF制
御して所望の出力を得るための制御回路であり、公知の
PWM(パルス幅)変調回路が使用される。
108 is a consumable electrode fed by a feeding mechanism (not shown), 109 is an object to be welded, and 110 is a welding arc. Further, 111 is a reference signal setting circuit that outputs a reference signal Ir of the output current, and 112 is an output Ir of the reference signal setting circuit 111 and an output 1a of the welding current detection circuit 113.
This is a control circuit for controlling the transistors 102a and 102b ON-OFF at a predetermined frequency with a time width determined by a difference signal to obtain a desired output, and a known PWM (pulse width) modulation circuit is used. Ru.

同図の装置において、制御回路113から所定のデユー
ティのパルス列がトランジスタLOZa、 102bに
供給されると各トランジスタはその都度導通し、直流電
源101から変圧器103の1次巻線103pに電流が
流れる。変圧器103の1次・2次巻線の極性を図中・
印のようにしておくと1次巻線103pに流れる電流に
よってダイオード105、直流リアクトル107、電極
108、被溶接物109、変圧器103の2次巻線10
3sの順路で電流が流れて次第に増加してゆくとともに
リアクトル107には電磁エネルギが蓄えられてゆく。
In the device shown in the figure, when a pulse train of a predetermined duty is supplied from the control circuit 113 to the transistors LOZa and 102b, each transistor becomes conductive each time, and current flows from the DC power supply 101 to the primary winding 103p of the transformer 103. . The polarity of the primary and secondary windings of the transformer 103 is shown in the diagram.
If the current flows through the primary winding 103p, the diode 105, the DC reactor 107, the electrode 108, the object to be welded 109, and the secondary winding 10 of the transformer 103 are
As the current flows through the 3s path and gradually increases, electromagnetic energy is stored in the reactor 107.

トランジスタ102a、 102bが遮断するとりアク
ドル107に蓄えられていた電磁エネルギーは還流ダイ
オード1.08を通して電極108および被溶接物10
9に供給されて溶接電流が継続する。このとき変圧器1
03の1次巻線103pには先と同方向の減衰する電流
がダイオード104a。
When the transistors 102a and 102b are cut off, the electromagnetic energy stored in the accelerator 107 passes through the free-wheeling diode 1.08 to the electrode 108 and the workpiece 10.
9 and the welding current continues. At this time, transformer 1
In the primary winding 103p of No. 03, a current that attenuates in the same direction as the previous one flows through a diode 104a.

直流電源101、ダイオード104b、 1次巻線10
3pの順路で流れて先のトランジスタ導通期間中に変圧
器103の鉄心に発生した磁束をリセットする。このよ
うに動作する第6図の従来装置は、トランジスタ102
a、 102b、変圧器103.ダイオード104a。
DC power supply 101, diode 104b, primary winding 10
3p and resets the magnetic flux generated in the iron core of the transformer 103 during the previous transistor conduction period. The conventional device shown in FIG. 6 which operates in this manner has a transistor 102.
a, 102b, transformer 103. Diode 104a.

104b、 105 、108からなるフォワードコン
バータによって構成されたDC/DO変換回路であり、
トランジスタの動作周波数を高くすることによって、出
力の制御をきめ細かく高速に行わんとするものである。
A DC/DO conversion circuit composed of forward converters 104b, 105, and 108,
By increasing the operating frequency of the transistor, the output is controlled finely and at high speed.

〈発明が解決しようとする課題〉 上記の従来装置を消耗性電極を用いたアーク溶接に用い
るときには次のような問題点がある。
<Problems to be Solved by the Invention> When the above-mentioned conventional device is used for arc welding using a consumable electrode, there are the following problems.

即ち、高電流出力の状態から低電流出力に移行さすべく
基準信号1rを低い値に変化させると、Ia>Irとな
ってトランジスタ102a、 l−02bは完全に遮断
されることになるが、これまでにリアクトル107に蓄
えられていた電磁エネルギーによって還流用ダイオード
106を通して出力電流raはほぼもとの電流値と同じ
値の電流が流れ続ける。
That is, when the reference signal 1r is changed to a low value in order to shift from a high current output state to a low current output state, Ia>Ir and the transistors 102a and 102b are completely cut off. Due to the electromagnetic energy previously stored in the reactor 107, the output current ra continues to flow through the free-wheeling diode 106 with approximately the same value as the original current value.

この電流はりアクドル107のインダクタンスと電極1
08、アーク110、被溶接物109からなるアーク負
荷とによって定まる時定数に従って次第に減少してゆく
ことになる。出力電流の変化を高速にするにはこの電流
の立下り時間を短かくする必要があるが、このためには
直流リアクトル107のインダクタンスを小さくしなけ
ればならない。しかし、直流リアクトルのインダクタン
スを小さくすると出力平滑のための時定数も短かくなる
ので平滑な出力を得るためには、DC/DC変換回路の
動作周波数を高く設定しなければならず、このためにス
イッチング損失が増加して効率の低下を招き、また高速
スイッチング用のトランジスタを用意することが必要に
なるなどコスト高となる。さらにリアクトル107のイ
ンダクタンスを小さくすると負荷短絡が発生したときの
出力電流の増加率が大きくなって過電流保護が難しくな
り、大容量の素子を採用せざるを得なくなるなどの問題
がある。
The inductance of this current beam acdle 107 and the electrode 1
08, the arc 110, and the arc load consisting of the workpiece 109. In order to increase the speed of change in the output current, it is necessary to shorten the fall time of this current, and for this purpose, the inductance of the DC reactor 107 must be reduced. However, if the inductance of the DC reactor is reduced, the time constant for smoothing the output will also be shortened, so in order to obtain a smooth output, the operating frequency of the DC/DC conversion circuit must be set high. Switching loss increases, leading to a decrease in efficiency, and it becomes necessary to prepare transistors for high-speed switching, resulting in high costs. Furthermore, if the inductance of the reactor 107 is reduced, the rate of increase in output current when a load short circuit occurs increases, making overcurrent protection difficult and requiring the use of large-capacity elements.

さらに、消耗性電極を用いるアーク溶接においては、溶
接のスタート時および溶接中において電極と被溶接物と
が短絡することがある。このとき短絡部は電源からの出
力電流により加熱溶融されるとともに供給される電流に
よるピンチ力によって細く絞られ、ついには短絡部が破
断し、アークに移行する。この短絡現象は、消耗性電極
を用いてかつ高電流と低電流とを交互にくりかえして供
給するパルスアーク溶接においては、頻繁に発生するも
のであり、特に高速溶接時においてアンダーカットやハ
ンピングビードのような溶接欠陥を防止せんとして比較
的低い溶接電圧と溶接電流とを用いて行う短絡移行式パ
ルスアーク溶接とよばれる溶接法を実施するときには高
頻度で発生する。
Furthermore, in arc welding using a consumable electrode, the electrode and the workpiece may be short-circuited at the start of welding and during welding. At this time, the short-circuited portion is heated and melted by the output current from the power source, and is narrowed by the pinch force caused by the supplied current, and finally the short-circuited portion breaks and transitions to an arc. This short-circuit phenomenon occurs frequently in pulsed arc welding using a consumable electrode and supplying high and low currents alternately, and especially during high-speed welding, undercuts and humping beads occur. This occurs frequently when performing a welding method called short-circuit transfer type pulsed arc welding, which uses a relatively low welding voltage and welding current to prevent such welding defects.

この短絡移行式アーク溶接法は、アークの発生中に消耗
電極の先端に次第に溶滴が成長し、これがついには被溶
接物に接触・短絡する。このとき溶融金属の表面張力に
よって溶滴の大部分が被溶接物側に移行するが、残りは
溶接電流によるピンチ効果によって溶滴が強く絞られる
結果、短絡部が切断されてアークが再生される工程をく
りかえすものである。このような短絡移行式アーク溶接
に高電流と低電流とを交互にくりかえして供給するパル
スアーク溶接用電源を用いるときには、消耗電極および
被溶接物の溶融は主として高電流時に発生するアークに
よって行なわれ、溶滴が被溶接物に短絡するほど充分に
成長した頃に低電流に切りかえるように溶接条件が選定
されることが多い。
In this short-circuit transfer type arc welding method, a droplet gradually grows at the tip of the consumable electrode during arc generation, and this eventually contacts and short-circuits the object to be welded. At this time, most of the droplets are transferred to the workpiece due to the surface tension of the molten metal, but the remaining droplets are strongly squeezed by the pinch effect of the welding current, cutting the short circuit and regenerating the arc. The process is repeated. When using a pulsed arc welding power source that alternately supplies high current and low current for such short-circuit transition type arc welding, the consumable electrode and the welded object are melted mainly by the arc generated during high current. Welding conditions are often selected so that the current is switched to a low current when the droplets have grown sufficiently to cause a short circuit to the workpiece.

そしてこのようにして発生した短絡は溶滴の表面張力に
よる移行と溶接電流のピンチ力によって破断されてアー
クが再生することになるが、この短絡からアーク再生に
至る間に大きな電流が流れると短絡した溶融金属が吹き
飛ばされてスパッタとなる。
The short circuit that occurs in this way is broken by the transfer due to the surface tension of the droplet and the pinch force of the welding current, and the arc is regenerated. However, if a large current flows between this short circuit and the arc regeneration, the short circuit occurs. The molten metal is blown away and becomes spatter.

これに対して、高電流期間は基準信号Ipの継続期間の
設定によって任意に変更できるが、基準信号1rをIp
からIbに切りかえて後に高電流から低電流期間に至る
漸減時間は出力回路のインダクタンスに依存するもので
あるので設定によつて調整できない装置に固有のものと
なる。それ故、短絡移行式のパルスアーク溶接において
もこの電流減衰時間を短かくすることが要求される。
On the other hand, the high current period can be changed arbitrarily by setting the duration of the reference signal Ip.
The gradual decrease time from the high current to the low current period after switching from Ib to Ib depends on the inductance of the output circuit and is unique to the device, which cannot be adjusted by setting. Therefore, short circuit transition type pulsed arc welding is also required to shorten this current decay time.

く課題を解決するための手段〉 本発明は、スイッチング素子を用いて直流電源の出力を
所望のアーク溶接用電力に変換するDC/DC変換回路
を有するアーク溶接用電源装置において、出力回路の直
流インダクタンスに蓄積された電磁エネルギーを出力電
流指令の低下時に一旦コンデンサに吸収した後に直流電
源側に回生ずることによって電流の減少速度を可及的に
高速としたものである。
Means for Solving the Problems> The present invention provides an arc welding power supply device having a DC/DC conversion circuit that converts the output of a DC power supply into desired arc welding power using a switching element. The electromagnetic energy accumulated in the inductance is once absorbed into the capacitor when the output current command decreases, and then regenerated to the DC power supply side, thereby making the rate of current decrease as fast as possible.

く作 用〉 本発明においては、出力電流の立下るべき時に、それ以
前に直流リアクトルに蓄えられていた電磁エネルギーを
強制的に他に移転させるので、特別に高速の素子や大容
量の素子を用いることなく、またアーク溶接に適した電
流の立上り時定数を保ちながら電流の立下りを急速にす
ることができるので、スパッタの発生を極力低減するこ
とができるものである。
Function> In the present invention, when the output current should fall, the electromagnetic energy previously stored in the DC reactor is forcibly transferred to another, so it is not necessary to use a particularly high-speed element or a large-capacity element. Since the current can rapidly fall while maintaining the current rise time constant suitable for arc welding, the generation of spatter can be reduced as much as possible.

〈実施例〉 第1図は、本発明を2石式フォワードコンバータを用い
たDC/DC変換回路に適用したときの例を示す接続図
である。同図において1は交流電力源であり、通常は三
相または単相の商用交流電源である。2は交流電力源1
を整流して直流電力を得る整流回路であり、交流電力源
1に対応した公知の回路方式のものが用いられる。3は
整流回路2の出力を平滑するとともに後述する本発明の
動作によって回生される電力を蓄えるためのコンデンサ
であり、整流回路2に含まれる場合は省略できる。この
交流電力源1、整流回路2およびコンデンサ3は直流電
源を構成している。この直流電源としては図示のものの
他に直流発電機や蓄電池等の電力源を用いることができ
る。4a、4bはスイッチング用トランジスタ、5a、
5bはダイオード、7は変圧器であり1次巻線7pおよ
び2次巻線7sを有する。ここでダイオード5aは図示
のようにトランジスタ4aと1次巻線7pとの直列回路
に並列に逆極性で接続され、ダイオード5bは同様にト
ランジスタ4bと1次巻線7pとの直列回路に並列に接
続されており、トランジスタ4a、4b、ダイオード5
a、5b、変圧器7はフォワードコンバータを構成して
おり、その動作は第6図に示した従来装置と同様である
。6 a s6bはトランジスタ4a、4bの逆電圧保
護用ダイオード、8は変圧器7の2次巻線7Sの出力を
整流するためのダイオード、9はトランジスタ4a、4
bがOFFとなる期間において直流リアクトルIOの蓄
積エネルギーを放出して出力電流を持続させるための還
流ダイオード(フライホイールダイオード)である。1
0は直流リアクトルであり還流回路を構成しているダイ
オード9とともに出力電流の平滑回路を構成している。
<Embodiment> FIG. 1 is a connection diagram showing an example when the present invention is applied to a DC/DC conversion circuit using a two-stone forward converter. In the figure, 1 is an AC power source, which is usually a three-phase or single-phase commercial AC power source. 2 is AC power source 1
This is a rectifier circuit that rectifies the AC power to obtain DC power, and a known circuit system compatible with the AC power source 1 is used. Reference numeral 3 denotes a capacitor for smoothing the output of the rectifier circuit 2 and for storing electric power regenerated by the operation of the present invention described later, and can be omitted when included in the rectifier circuit 2. This AC power source 1, rectifier circuit 2, and capacitor 3 constitute a DC power source. As this DC power source, in addition to the one shown in the drawings, a power source such as a DC generator or a storage battery can be used. 4a, 4b are switching transistors, 5a,
5b is a diode, and 7 is a transformer, which has a primary winding 7p and a secondary winding 7s. Here, the diode 5a is connected in parallel to the series circuit of the transistor 4a and the primary winding 7p with opposite polarity as shown in the figure, and the diode 5b is similarly connected in parallel to the series circuit of the transistor 4b and the primary winding 7p. connected, transistors 4a, 4b, diode 5
A, 5b, and transformer 7 constitute a forward converter, and its operation is similar to that of the conventional device shown in FIG. 6 a s6b is a reverse voltage protection diode for the transistors 4a and 4b; 8 is a diode for rectifying the output of the secondary winding 7S of the transformer 7; 9 is a diode for the transistors 4a and 4b;
This is a free wheel diode (flywheel diode) for releasing the energy stored in the DC reactor IO and sustaining the output current during the period when b is OFF. 1
0 is a DC reactor, which together with a diode 9 forming a freewheeling circuit forms an output current smoothing circuit.

11は直流リアクトル10に磁気結合された2次巻線で
あり、12はサイリスクのような単方向性のスイッチン
グ素子、13はスイッチング素子12に直列にして2次
巻線11に接続されたコンデンサである。14はコンデ
ンサ13の端子電圧を昇圧し直流電源に回生ずるための
1 DC/DCコンバータである。15はDC/DCコンバ
ータの出力側に設けられた逆阻止用ダイオードである。
11 is a secondary winding magnetically coupled to the DC reactor 10, 12 is a unidirectional switching element such as Cyrisk, and 13 is a capacitor connected to the secondary winding 11 in series with the switching element 12. be. 14 is a 1 DC/DC converter for boosting the terminal voltage of the capacitor 13 and regenerating it into a DC power supply. 15 is a reverse blocking diode provided on the output side of the DC/DC converter.

16は分流器や直流変流器などを利用した溶接電流(出
力電流)検出器であり、溶接電流Iaに対応した電圧を
出力する。17は溶接電流を設定するための基準信号設
定回路、18は比較器であり基準信号設定回路17の出
力Slと出力電流検出器1Gの出力s2とを比較し誤差
信号Δv(−sl−sz)を出力する。19は誤差信号
Δ■を入力とし入力信号に応じたパルス幅の駆動信号S
3を出力するPWM変調回路であり、この信号S3によ
ってトランジスタ4a、4bが0N−OFF制御される
。20は誤差信号Δ■と接地電位とを比較し△v<Oの
期間はハイレベル信号を出力する比較器であり、出力電
流が過剰で立下るべき期間を検出する。この比較器20
の出力はスイッチング素子12に供給されてこれを導通
させる。21は図示を省略した送給機構によって自動送
給される消耗性電極、22は被溶接物、23は溶接アー
クである。
16 is a welding current (output current) detector using a current shunt or a DC transformer, and outputs a voltage corresponding to the welding current Ia. 17 is a reference signal setting circuit for setting the welding current, and 18 is a comparator, which compares the output Sl of the reference signal setting circuit 17 and the output s2 of the output current detector 1G, and generates an error signal Δv(-sl-sz). Output. 19 inputs the error signal Δ■ and generates a drive signal S with a pulse width according to the input signal.
This is a PWM modulation circuit that outputs a signal S3, and the transistors 4a and 4b are ON-OFF controlled by this signal S3. A comparator 20 compares the error signal Δ■ with the ground potential and outputs a high level signal during a period when Δv<O, and detects a period in which the output current is excessive and should fall. This comparator 20
The output of is supplied to the switching element 12 to make it conductive. 21 is a consumable electrode that is automatically fed by a feeding mechanism (not shown), 22 is an object to be welded, and 23 is a welding arc.

第1図の実施例の動作を第2図の線図とともに2 説明する。第2図において、(a)は基準信号S1、(
b)は出力電流1a即ち検出器16の出力S2、(C)
は誤差信号Δ■、(d)は比較器20の出力s4、(e
)はPWM変調回路19の出力s3をそれぞれ示してい
る。第2図(a)に示すように基準信号S1が時刻t=
tlに低い値め11から高い値のIhに変更されたとす
ると、それまで平衡状態であったためにわずかの値ΔV
Oであった誤差信号ΔVはΔv LrI h   I 
J!にまで急変し、これによってPWM変調回路19は
最大幅に近いパルス幅の駆動信号s3を出力し、これに
よってトランジスタ4a。
The operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be explained with reference to the diagram in FIG. 2. In FIG. 2, (a) represents the reference signal S1, (
b) is the output current 1a, that is, the output S2 of the detector 16, (C)
is the error signal Δ■, (d) is the output s4 of the comparator 20, (e
) indicate the output s3 of the PWM modulation circuit 19, respectively. As shown in FIG. 2(a), the reference signal S1 is at time t=
If tl is changed from a low value of 11 to a high value of Ih, the value ΔV will be small because it was in an equilibrium state until then.
The error signal ΔV which was O is Δv LrI h I
J! As a result, the PWM modulation circuit 19 outputs a drive signal s3 with a pulse width close to the maximum width, and thereby the transistor 4a.

4bの導通時間率が急増して変圧器7の出力電圧の平均
値が増加する。この出力電圧の急増によって出力電流は
直流リアクトル10およびアーク負荷等の出力回路の時
定数に従って漸増してゆく。このとき比較器20は人力
信号Δ■がsl >szのために正(Δv〉0)である
ので出力信号S4はローレベルのままであり、したがっ
てスイッチング素子12は遮断状態にあり、直流リアク
トル10はその2次巻線が存在しないときと同じリアク
タンスを呈する。出力電流が増加するに従って誤差信号
ΔVは減少し、Io岬Irに達すると誤差信号ΔVはP
WM変調回路19を含むフィードバック回路の増幅率に
よって定まる小さな正の値ΔVOになって平衡状態とな
る。次に時刻t=t2において基準信号slが■1から
Ihに戻ると誤差信号ΔV””5l−82は負となり、
これによってPWM変調回路19は出力パルス幅か零と
なってトランジスタ4a、4bを完全遮断状態に保つこ
とになる。
The conduction time rate of 4b increases rapidly, and the average value of the output voltage of transformer 7 increases. Due to this rapid increase in output voltage, the output current gradually increases according to the time constants of the output circuits such as the DC reactor 10 and the arc load. At this time, the comparator 20 detects that the human input signal Δ■ is positive (Δv>0) because sl > sz, so the output signal S4 remains at a low level, so the switching element 12 is in the cutoff state, and the DC reactor 10 exhibits the same reactance as if its secondary winding were not present. As the output current increases, the error signal ΔV decreases, and when it reaches Io cape Ir, the error signal ΔV becomes P
A small positive value ΔVO determined by the amplification factor of the feedback circuit including the WM modulation circuit 19 is reached, resulting in an equilibrium state. Next, at time t=t2, when the reference signal sl returns from ■1 to Ih, the error signal ΔV""5l-82 becomes negative,
As a result, the output pulse width of the PWM modulation circuit 19 becomes zero, and the transistors 4a and 4b are kept completely cut off.

この結果、変圧器7の出力電圧は零になるが、期間t1
からt2の間に直流リアクトル10に蓄えられていた電
磁エネルギーによって電流はダイオド9を通って流れ続
けることになる。しかし、このとき誤差信号Δ■は負で
あるので比較器20はハイレベル信号を出力し、スイッ
チング素子12を導通させる。またリアクトル10に結
合された2次巻線11には電流■0が減少する方向に変
化するためにこれを妨げる方向の電圧が発生し、直流リ
アクトル10と2次巻線11の各極性を図示の・印のよ
うに決定しておけば、図示の極性のスイッチング素子か
導通することによって、リアクトル10の蓄積エネルギ
ーが磁気結合を介して2次巻線■1に移行し、これがコ
ンデンサC1に蓄えられることになる。このためリアク
トル10の蓄積エネルギーは急速にコンデンサC1に移
行し、この結果溶接回路に流れる電流Ioは急激に減少
することになる。
As a result, the output voltage of the transformer 7 becomes zero, but during the period t1
The current continues to flow through the diode 9 due to the electromagnetic energy stored in the DC reactor 10 between t2 and t2. However, since the error signal Δ■ is negative at this time, the comparator 20 outputs a high level signal, causing the switching element 12 to conduct. In addition, in the secondary winding 11 connected to the reactor 10, since the current ■0 changes in the direction of decreasing, a voltage is generated in the direction that prevents this. If the determination is made as shown in the symbol, when the switching element with the polarity shown in the figure becomes conductive, the energy stored in the reactor 10 is transferred to the secondary winding 1 through magnetic coupling, and this is stored in the capacitor C1. It will be done. Therefore, the energy stored in the reactor 10 is rapidly transferred to the capacitor C1, and as a result, the current Io flowing through the welding circuit is rapidly reduced.

出力電流Ioが減少してI o 躊I J!となると、
sl→s2となって誤差信号ΔV≧0となって平衡する
。このとき信号s4はローレベルとなり、スイッチング
素子12はコンデンサCIの充電電圧によって逆バイア
スされて遮断する。一方、コンデンサCIに充電された
エネルギーはDC/DCコンバータ14にて昇圧されて
コンデンサ3.即ち直流電源に回生される。
Output current Io decreases and Io hesitates I J! Then,
sl→s2, the error signal ΔV≧0, and equilibrium is established. At this time, the signal s4 becomes low level, and the switching element 12 is reverse biased by the charging voltage of the capacitor CI and is cut off. On the other hand, the energy charged in capacitor CI is boosted by DC/DC converter 14 and capacitor 3. That is, it is regenerated into a DC power source.

なお、コンデンサCIの充電エネルギーは、出力電流が
低下して安定した後に抵抗器等を通して放電させてもよ
いが、上記実施例のように直流電源に回生ずる方が電力
効率を高めることができるので有利である。
Note that the charging energy of the capacitor CI may be discharged through a resistor etc. after the output current has decreased and stabilized, but it is better to regenerate it to the DC power supply as in the above embodiment, since power efficiency can be increased. It's advantageous.

第3図に本発明を高電流と低電流とを交互にく5 りかえし供給するパルスアーク溶接用電源装置に適用し
たときの実施例を示す。同図において1ないし23は第
1図の実施例と同機能のものに同n号を付しである。こ
のうち直流リアクトル10と2次巻線IIとは単巻変圧
器を構成しており、共通の巻線24の一部によって構成
している。25は低電流時の溶接電流を設定するための
第1の基準信号設定回路、26は高電流時の溶接電流を
設定するための第2の基準信号設定回路、27は高電流
と低電流とのくりかえし周波数を設定するための鋸歯状
波または三角波spを発生する発振回路、28は高電流
期間と低電流期間との割合を定めるための時間比率設定
回路であり直流電圧vpを出力する。29は比較器であ
り、発振回路27の出力spと時間比率設定回路28の
出力vpとを比較し、sp<vpの期間は高電流期間T
pとしてハイレベル信号を出力し残りの期間は低電流期
間Tbとしてローレベル信号を出力する。この発振回路
27、時間比率設定回路28、比較器29はパルス幅制
御回路であり高低谷電流期間を定める時間設定回路を構
成してい6 る。この時間設定回路としては図示のものの他にマルチ
バイブレータのパルス幅を可変にしたものでもよいのは
もちろんである。30は第1および第2の基準信号設定
回路25.26の各出力信号Ib。
FIG. 3 shows an embodiment in which the present invention is applied to a pulsed arc welding power supply device that alternately supplies high current and low current. In the figure, numerals 1 to 23 indicate the same functions as those in the embodiment shown in FIG. Among these, the DC reactor 10 and the secondary winding II constitute an autotransformer, and are constituted by a part of a common winding 24. 25 is a first reference signal setting circuit for setting the welding current when the current is low, 26 is a second reference signal setting circuit for setting the welding current when the current is high, and 27 is a circuit for setting the welding current when the current is high. An oscillation circuit 28 generates a sawtooth wave or a triangular wave sp for setting the repetition frequency of the oscillation circuit, and 28 is a time ratio setting circuit for determining the ratio between the high current period and the low current period, and outputs a DC voltage vp. 29 is a comparator, which compares the output sp of the oscillation circuit 27 and the output vp of the time ratio setting circuit 28, and a period of sp<vp is a high current period T.
A high level signal is output as p, and a low level signal is output during the remaining period as low current period Tb. The oscillation circuit 27, time ratio setting circuit 28, and comparator 29 are pulse width control circuits, and constitute a time setting circuit for determining high and low current periods. Of course, this time setting circuit may be one in which the pulse width of a multivibrator is made variable in addition to the one shown in the figure. 30 is each output signal Ib of the first and second reference signal setting circuits 25 and 26.

Ipと比較器29の出力信号とを入力とし、期間Tb中
はIbを、また期間Tp中はIpを出力する信号合成回
路であり、例えば信号1pを比較器29の出力信号のハ
イレベル時(Tp時)に導通させるアナログスイッチと
、信号1bを比較器29の出力信号のローレベル時(T
b時)に導通させるアナログスイッチと、両アナログス
イッチの出力を加算して出力信号slとする加算器とに
よって構成することができる。
It is a signal synthesis circuit that receives Ip and the output signal of the comparator 29 as input, and outputs Ib during the period Tb and Ip during the period Tp. For example, when the output signal of the comparator 29 is high level, the signal 1p is output ( When the output signal of the comparator 29 is at low level (Tp), the analog switch conducts the signal 1b.
It can be configured by an analog switch that is made conductive at time b) and an adder that adds the outputs of both analog switches to produce an output signal sl.

第3図の実施例の動作を第4図の線図にて説明する。第
4図(a) 、 (b)に示すように時間比較設定回路
28の設定値vpに応じて、vp>spの期間は比較器
29の出力はハイレベル信号(Tp切期間となり、vp
<spの期間はローレベル信号(Tb期間)となる。こ
の比較器29の出力によって信号合成回路30は入力信
号のIpまたはIbを切替えて基準信号s1として比較
器18に供給する。
The operation of the embodiment of FIG. 3 will be explained with reference to the diagram of FIG. 4. As shown in FIGS. 4(a) and 4(b), depending on the set value vp of the time comparison setting circuit 28, during the period when vp>sp, the output of the comparator 29 becomes a high level signal (Tp off period, and vp
The period <sp becomes a low level signal (Tb period). Based on the output of the comparator 29, the signal synthesis circuit 30 switches the input signal Ip or Ib and supplies it to the comparator 18 as a reference signal s1.

比較器18はこの入力信号s1と出力電流検出器16の
出力信号s2とを比較し差信号Δv−s1s2を得てP
WM変調回路19に供給し、PWM変調回路19はこの
誤差信号に応じたパルス幅の導通駆動信号s3を第4図
(g)のように出力しトランジスタ4a、4bを導通さ
せる。これによって出力電流Ioは第4図(d)に示す
ように基準信号IpおよびIbに対応した値になるよう
変化する。
The comparator 18 compares this input signal s1 with the output signal s2 of the output current detector 16, obtains a difference signal Δv−s1s2, and outputs P
The signal is supplied to the WM modulation circuit 19, and the PWM modulation circuit 19 outputs a conduction drive signal s3 having a pulse width corresponding to this error signal, as shown in FIG. 4(g), thereby rendering the transistors 4a and 4b conductive. As a result, the output current Io changes to a value corresponding to the reference signals Ip and Ib, as shown in FIG. 4(d).

このとき、出力電流Ioの立上りは、リアクトル10の
2次巻線11に接続されたスイッチング素子が遮断のま
まであるので直流リアクトル10に2次巻線がないとき
と同じ時定数で増加する。一方溶接電流の立下り時には
信号合成回路の出力信号s1がIpから低い値のIbに
変化すると誤差信号Δv=sl −s2 <Qとなって
比較回路20の出力信号がハイレベルとなり、これによ
ってスイッチング素子12が導通ずる。この結果、Tp
期間中に直流リアクトル10に蓄えられていた電磁エネ
ルギーは単巻変圧器構造となっている2次巻線を介して
コンデンサ13に移行する。これによって溶接回路への
出力電流は急速に減少しI o ”F I bとなった
ところでΔV≧0となって平衡することになる。
At this time, since the switching element connected to the secondary winding 11 of the reactor 10 remains cut off, the rise of the output current Io increases with the same time constant as when the DC reactor 10 does not have a secondary winding. On the other hand, when the welding current falls, when the output signal s1 of the signal synthesis circuit changes from Ip to a low value Ib, the error signal Δv=sl - s2 <Q and the output signal of the comparison circuit 20 becomes high level, which causes the switching Element 12 becomes conductive. As a result, Tp
During this period, the electromagnetic energy stored in the DC reactor 10 is transferred to the capacitor 13 via the secondary winding having an autotransformer structure. As a result, the output current to the welding circuit rapidly decreases, and when it reaches I o ''F I b, ΔV≧0 and balance is achieved.

第5図に本発明の別の実施例を示す。同図の装置は、本
発明を直列トランジスタによるチョッパ式シリーズレギ
ュレータ方式の電源装置に適用したときの例を示すもの
であり、第1図および第3図のフォワードコンバータ方
式に代えて直列トランジスタ31を設けである。また直
流リアクトル10の2次巻線11の出力回路に接続され
るスイッチング素子としてはトランジスタ33と逆阻止
用ダイオード35とからなる自己消弧形スイッチング素
子を用いている。なお32および35は各スイッチング
用トランジスタの保護用に逆並列に接続されたダイオー
ドである。その他の要素は第1図および第3図に示した
実施例と同機能のものに同符号を付しである。
FIG. 5 shows another embodiment of the invention. The device shown in the figure shows an example in which the present invention is applied to a chopper type series regulator type power supply device using series transistors, and a series transistor 31 is used instead of the forward converter type shown in Figs. 1 and 3. It is a provision. Further, as a switching element connected to the output circuit of the secondary winding 11 of the DC reactor 10, a self-extinguishing switching element consisting of a transistor 33 and a reverse blocking diode 35 is used. Note that 32 and 35 are diodes connected in antiparallel for protection of each switching transistor. Other elements having the same functions as those of the embodiment shown in FIGS. 1 and 3 are given the same reference numerals.

同図の装置において出力電流検出器16の出力S2は基
準信号設定回路s1と比較器IBにて比較され誤差信号
ΔVがPWM変調回路19に供給されて9 スイッチング用トランジスタ31の導通時間率が決定さ
れる。この誤差信号ΔVはまた比較器20にも供給され
、Δv>Qの間はローレベル信号Δvく0の間はハイレ
ベル信号がトランジスタ33に供給される。それ故、基
準信号設定回路17の設定値が一定の場合やアーク23
が正常に発生しているときにはΔV≧0であるのでトラ
ンジスタ33は導通せず、出力電流は直流リアクトル1
0に2次巻線が設けられていないときと同じ時定数に従
って変化する。これに対して基準信号設定回路17の設
定値が急減したときや電極21と被溶接物22とが短絡
して負荷が急減したときには過渡的にs2 >sl と
なり、誤差信号Δv<Qとなる。このときPWM変調回
路は出力電流過剰のためスイッチング用トランジスタ3
1の導通時間率を零にし、また比較器20はハイレベル
信号をトランジスタ33に供給してこれを導通させる。
In the device shown in the figure, the output S2 of the output current detector 16 is compared with the reference signal setting circuit s1 by the comparator IB, and the error signal ΔV is supplied to the PWM modulation circuit 19 to determine the conduction time rate of the switching transistor 31. be done. This error signal ΔV is also supplied to the comparator 20, and a low level signal Δv is supplied to the transistor 33 while Δv>Q, and a high level signal is supplied to the transistor 33 while Δv is 0. Therefore, when the setting value of the reference signal setting circuit 17 is constant or when the arc 23
When is occurring normally, ΔV≧0, so the transistor 33 does not conduct, and the output current flows through the DC reactor 1.
0 varies according to the same time constant as when no secondary winding is provided. On the other hand, when the set value of the reference signal setting circuit 17 suddenly decreases, or when the electrode 21 and the workpiece 22 are short-circuited and the load suddenly decreases, s2 >sl transiently, and the error signal Δv<Q. At this time, the PWM modulation circuit has an excessive output current, so the switching transistor 3
The conduction time rate of transistor 1 is set to zero, and comparator 20 supplies a high level signal to transistor 33 to make it conductive.

この結果、直流リアクトル10に蓄えられていた電磁エ
ネルギーは磁気結合により2次巻線11を介してコンデ
ンサ13に移行し、これによって出力電流Ioは急速に
減少する。出力型0 流の減少によって81≧82となると再びトランジスタ
33は遮断となり、出力電流の変化の時定数ももとにも
どる。
As a result, the electromagnetic energy stored in the DC reactor 10 is transferred to the capacitor 13 via the secondary winding 11 due to magnetic coupling, whereby the output current Io rapidly decreases. Output type 0 When the current becomes 81≧82 due to a decrease, the transistor 33 is cut off again, and the time constant of the change in output current returns to the original value.

なお、上記各実施例に示した以外に本発明は直流電源の
出力をブリッジ形やプッシュプル形などのインバータに
よって高周波交流に変換した後に変圧器にて適宜電圧変
換しこの変圧器出力を整流して直流出力を得る方式のア
ーク溶接電源にも適用できるのはもちろんである。
In addition to the above embodiments, the present invention converts the output of a DC power supply into high-frequency AC using a bridge type or push-pull type inverter, converts the voltage appropriately using a transformer, and rectifies the output of the transformer. Of course, the present invention can also be applied to an arc welding power source that obtains DC output.

〈発明の効果〉 」−記のように本発明の装置は動作するので、直流リア
クトルのインダクタンスを小さくすることなく出力電流
の低下速度を速くすることが可能となる。この結果、ス
パッタの発生を低減でき、またアークの安定性も確保で
きるのみならず、装置が簡単安価にでき、さらに電力効
率も改善できるなど多くの効果を有するものである。
<Effects of the Invention> Since the device of the present invention operates as described above, it is possible to increase the rate of decrease in output current without reducing the inductance of the DC reactor. As a result, not only can the generation of spatter be reduced and the stability of the arc can be ensured, but the device can also be made simple and inexpensive, and power efficiency can also be improved, among other effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す接続図、第2図は第1図
の実施例の装置の動作を説明するための線図、第3図は
本発明の別の実施例を示す接続図、第4図は第3図の実
施例を説明するための線図、第5図は本発明のさらに別
の実施例を示す接続図、第6図は従来の装置の例を示す
接続図である。 1・・・交流電源、     2・・・整流回路、3・
・・コンデンサ、 4a、4b、31・・・スイッチング用トランジスタ、
5a、 5b、 [ia、 6b、  8. 9.15
.32.34 35・・・ダイオード、 10・・・直流リアクトル、  11・・・2次巻線、
12・・・スイッチング素子、 13・・・コンデンサ
、14・・・DC/DCコンバータ、 16・・・出力
電流検出器、17・・・基準信号設定回路、 18.2
0・・・比較回路、I9・・・PWM変調回路
Fig. 1 is a connection diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram for explaining the operation of the device in the embodiment of Fig. 1, and Fig. 3 is a connection diagram showing another embodiment of the invention. 4 is a diagram for explaining the embodiment of FIG. 3, FIG. 5 is a connection diagram showing yet another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a connection diagram showing an example of a conventional device. It is. 1... AC power supply, 2... Rectifier circuit, 3...
... Capacitor, 4a, 4b, 31... Switching transistor,
5a, 5b, [ia, 6b, 8. 9.15
.. 32.34 35...Diode, 10...DC reactor, 11...Secondary winding,
12... Switching element, 13... Capacitor, 14... DC/DC converter, 16... Output current detector, 17... Reference signal setting circuit, 18.2
0... Comparison circuit, I9... PWM modulation circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、直流電源の出力を直列スイッチング素子によって断
続して調整する方式のアーク溶接用電源装置において、
前記スイッチング素子と負荷との間に直列接続された直
流リアクトルと、前記直流リアクトルに磁気結合する2
次巻線と、前記2次巻線に接続されたコンデンサと出力
電流の立下り時に導通するスイッチング素子とからなる
直列回路と、前記コンデンサの充電エネルギーを前記直
流電源に回生するDC/DC変換回路とを具備したアー
ク溶接用電源装置。 2、前記直流リアクトルの2次巻線は1次巻線と絶縁さ
れた巻線である請求項1に記載のアーク溶接用電源装置
。 3、前記直流リアクトルの2次巻線は1次巻線と巻線の
一部または全部を共有する単巻変圧器を構成している請
求項第1項に記載のアーク溶接用電源装置。
[Claims] 1. In an arc welding power supply device in which the output of a DC power source is adjusted intermittently by a series switching element,
a DC reactor connected in series between the switching element and the load; and a DC reactor magnetically coupled to the DC reactor.
A series circuit consisting of a secondary winding, a capacitor connected to the secondary winding, and a switching element that becomes conductive when the output current falls, and a DC/DC conversion circuit that regenerates the charging energy of the capacitor to the DC power supply. An arc welding power supply device equipped with. 2. The arc welding power supply device according to claim 1, wherein the secondary winding of the DC reactor is a winding insulated from the primary winding. 3. The arc welding power supply device according to claim 1, wherein the secondary winding of the DC reactor constitutes an autotransformer that shares part or all of the winding with the primary winding.
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